DH密钥加解密

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一、概述

1、与对称加密算法的主要差别在于，加密和解密的密钥不相同，一个公开（公钥），一个保密（私钥）。主要解决了对称加密算法密钥分配管理的问题，提高了算法安全性。

2、非对称加密算法的加密、解密的效率比较低。在算法设计上，非对称加密算法对待加密的数据长度有着苛刻的要求。例如RSA算法要求待加密的数据不得大于53个字节。

3、非对称加密算法主要用于交换对称加密算法的密钥，而非数据交换

4、java6提供实现了DH和RSA两种算法。Bouncy Castle提供了E1Gamal算法支持。除了上述三种算法还有一个ECC算法，目前没有相关的开源组件提供支持

二、模型分析

我们还是以甲乙双方发送数据为模型进行分析

1、甲方（消息发送方，下同）构建密钥对（公钥+私钥），甲方公布公钥给乙方（消息接收方，下同）

2、乙方以甲方发送过来的公钥作为参数构造密钥对（公钥+私钥），将构造出来的公钥公布给甲方

3、甲方用“甲方的私钥+乙方的公钥”构造本地密钥

4、乙方用“乙方的私钥+甲方的公钥”构造本地的密钥

5、这个时候，甲乙两方本地新构造出来的密钥应该一样，甲乙双方可以通过本地密钥进行数据的加密和解密

6、然后就可以使用AES这类对称加密算法进行数据的安全传送了。传送过程参考AES的相关算法

三、代码分析

package com.ca.test;
import <a href="http://lib.csdn.net/base/java" class='replace_word' title="Java 知识库" target='_blank' style='color:#df3434; font-weight:bold;'>Java</a>.security.Key;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyAgreement;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.interfaces.DHPrivateKey;
import javax.crypto.interfaces.DHPublicKey;
import javax.crypto.spec.DHParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
/**
* 非对称加密算法DH算法组件
* 非对称算法一般是用来传送对称加密算法的密钥来使用的，所以这里我们用DH算法模拟密钥传送
* 对称加密AES算法继续做我们的数据加解密
* @author kongqz
* */
public class DHCoder {
//非对称密钥算法
public static final String KEY_ALGORITHM="DH"; //本地密钥算法，即对称加密算法。可选des，aes，desede
public static final String SECRET_ALGORITHM="AES"; /**
* 密钥长度，DH算法的默认密钥长度是1024
* 密钥长度必须是64的倍数，在512到1024位之间
* */
private static final int KEY_SIZE=512;
//公钥
private static final String PUBLIC_KEY="DHPublicKey"; //私钥
private static final String PRIVATE_KEY="DHPrivateKey"; /**
* 初始化甲方密钥
* @return Map 甲方密钥的Map
* */
public static Map<String,Object> initKey() throws Exception{
//实例化密钥生成器
KeyPairGenerator keyPairGenerator=KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
//初始化密钥生成器
keyPairGenerator.initialize(KEY_SIZE);
//生成密钥对
KeyPair keyPair=keyPairGenerator.generateKeyPair();
//甲方公钥
DHPublicKey publicKey=(DHPublicKey) keyPair.getPublic();
//甲方私钥
DHPrivateKey privateKey=(DHPrivateKey) keyPair.getPrivate();
//将密钥存储在map中
Map<String,Object> keyMap=new HashMap<String,Object>();
keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);
return keyMap; } /**
* 初始化乙方密钥
* @param key 甲方密钥（这个密钥是通过第三方途径传递的）
* @return Map 乙方密钥的Map
* */
public static Map<String,Object> initKey(byte[] key) throws Exception{
//解析甲方的公钥
//转换公钥的材料
X509EncodedKeySpec x509KeySpec=new X509EncodedKeySpec(key);
//实例化密钥工厂
KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
//产生公钥
PublicKey pubKey=keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
//由甲方的公钥构造乙方密钥
DHParameterSpec dhParamSpec=((DHPublicKey)pubKey).getParams();
//实例化密钥生成器
KeyPairGenerator keyPairGenerator=KeyPairGenerator.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
//初始化密钥生成器
keyPairGenerator.initialize(dhParamSpec);
//产生密钥对
KeyPair keyPair=keyPairGenerator.genKeyPair();
//乙方公钥
DHPublicKey publicKey=(DHPublicKey)keyPair.getPublic();
//乙方私钥
DHPrivateKey privateKey=(DHPrivateKey)keyPair.getPrivate();
//将密钥存储在Map中
Map<String,Object> keyMap=new HashMap<String,Object>();
keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);
return keyMap;
}
/**
* 加密
* @param data待加密数据
* @param key 密钥
* @return byte[] 加密数据
* */
public static byte[] encrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
//生成本地密钥
SecretKey secretKey=new SecretKeySpec(key,SECRET_ALGORITHM);
//数据加密
Cipher cipher=Cipher.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
return cipher.doFinal(data);
}
/**
* 解密
* @param data 待解密数据
* @param key 密钥
* @return byte[] 解密数据
* */
public static byte[] decrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
//生成本地密钥
SecretKey secretKey=new SecretKeySpec(key,SECRET_ALGORITHM);
//数据解密
Cipher cipher=Cipher.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
return cipher.doFinal(data);
}
/**
* 构建密钥
* @param publicKey 公钥
* @param privateKey 私钥
* @return byte[] 本地密钥
* */
public static byte[] getSecretKey(byte[] publicKey,byte[] privateKey) throws Exception{
//实例化密钥工厂
KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
//初始化公钥
//密钥材料转换
X509EncodedKeySpec x509KeySpec=new X509EncodedKeySpec(publicKey);
//产生公钥
PublicKey pubKey=keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
//初始化私钥
//密钥材料转换
PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec=new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey);
//产生私钥
PrivateKey priKey=keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
//实例化
KeyAgreement keyAgree=KeyAgreement.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
//初始化
keyAgree.init(priKey);
keyAgree.doPhase(pubKey, true);
//生成本地密钥
SecretKey secretKey=keyAgree.generateSecret(SECRET_ALGORITHM);
return secretKey.getEncoded();
}
/**
* 取得私钥
* @param keyMap 密钥map
* @return byte[] 私钥
* */
public static byte[] getPrivateKey(Map<String,Object> keyMap){
Key key=(Key)keyMap.get(PRIVATE_KEY);
return key.getEncoded();
}
/**
* 取得公钥
* @param keyMap 密钥map
* @return byte[] 公钥
* */
public static byte[] getPublicKey(Map<String,Object> keyMap) throws Exception{
Key key=(Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);
return key.getEncoded();
}
/**
* @param args
* @throws Exception
*/
public static void main(String[] args) throws Exception {
//生成甲方的密钥对
Map<String,Object> keyMap1=DHCoder.initKey();
//甲方的公钥
byte[] publicKey1=DHCoder.getPublicKey(keyMap1); //甲方的私钥
byte[] privateKey1=DHCoder.getPrivateKey(keyMap1);
System.out.println("甲方公钥：/n"+Base64.encodeBase64String(publicKey1));
System.out.println("甲方私钥：/n"+Base64.encodeBase64String(privateKey1)); //由甲方的公钥产生的密钥对
Map<String,Object> keyMap2=DHCoder.initKey(publicKey1);
byte[] publicKey2=DHCoder.getPublicKey(keyMap2);
byte[] privateKey2=DHCoder.getPrivateKey(keyMap2);
System.out.println("乙方公钥：/n"+Base64.encodeBase64String(publicKey2));
System.out.println("乙方私钥：/n"+Base64.encodeBase64String(privateKey2)); //组装甲方的本地加密密钥,由乙方的公钥和甲方的私钥组合而成
byte[] key1=DHCoder.getSecretKey(publicKey2, privateKey1);
System.out.println("甲方的本地密钥：/n"+Base64.encodeBase64String(key1)); //组装乙方的本地加密密钥，由甲方的公钥和乙方的私钥组合而成
byte[] key2=DHCoder.getSecretKey(publicKey1, privateKey2);
System.out.println("乙方的本地密钥：/n"+Base64.encodeBase64String(key2)); System.out.println("================密钥对构造完毕，开始进行加密数据的传输=============");
String str="密码交换算法";
System.out.println("/n===========甲方向乙方发送加密数据==============");
System.out.println("原文:"+str);
System.out.println("===========使用甲方本地密钥对进行数据加密==============");
//甲方进行数据的加密
byte[] code1=DHCoder.encrypt(str.getBytes(), key1);
System.out.println("加密后的数据："+Base64.encodeBase64String(code1)); System.out.println("===========使用乙方本地密钥对数据进行解密==============");
//乙方进行数据的解密
byte[] decode1=DHCoder.decrypt(code1, key2);
System.out.println("乙方解密后的数据："+new String(decode1)+"/n/n"); System.out.println("===========反向进行操作，乙方向甲方发送数据==============/n/n"); str="乙方向甲方发送数据DH"; System.out.println("原文:"+str); //使用乙方本地密钥对数据进行加密
byte[] code2=DHCoder.encrypt(str.getBytes(), key2);
System.out.println("===========使用乙方本地密钥对进行数据加密==============");
System.out.println("加密后的数据："+Base64.encodeBase64String(code2)); System.out.println("=============乙方将数据传送给甲方======================");
System.out.println("===========使用甲方本地密钥对数据进行解密=============="); //甲方使用本地密钥对数据进行解密
byte[] decode2=DHCoder.decrypt(code2, key1); System.out.println("甲方解密后的数据："+new String(decode2));
}
}控制台输出结果：
甲方公钥：
MIHgMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYXrgHz
W5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpDTWSG
kx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgANEAAJBALk1l11UT5Y1
evJv1sLQAXo7Yj/olsPMVJ/7zOx503CRcovA5Q+k2OyIZsl5H2qGCnqi+Da0/9zZx0go8Y/j5B4=
甲方私钥：
MIHRAgEAMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYX
rgHzW5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpD
TWSGkx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgAQyAjB0haXhPoDW
gLMF79N1ZZGu1dtHWAObe9obKAh4hGH0HsAsSY8qy17ZE0IyiOwYPXA=
乙方公钥：
MIHgMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYXrgHz
W5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpDTWSG
kx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgANEAAJBAOWqgUur2jDR
057ohEH4eb3KwOdmcbsv4GnvIlCVzwpBKVlUk0MMIeV8APLz/xIjjoOnNZx3rNknaO/+v85tG3g=
乙方私钥：
MIHRAgEAMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYX
rgHzW5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpD
TWSGkx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgAQyAjB+/HgBYVlO
e2eAeU0HoWQyYsHt0tSPUZUqCyY9mWEK/7soxsR/6pfAb1npaaI1NO0=
甲方的本地密钥：
+E068E5KSWvLYrB5o1ryIY1VFt6WcUnBrXvlBYN++/M=
乙方的本地密钥：
+E068E5KSWvLYrB5o1ryIY1VFt6WcUnBrXvlBYN++/M=
================密钥对构造完毕，开始进行加密数据的传输=============
===========甲方向乙方发送加密数据==============
原文:密码交换算法
===========使用甲方本地密钥对进行数据加密==============
加密后的数据：1PUMKnkyfKauO6kTG5UDtA==
===========使用乙方本地密钥对数据进行解密==============
乙方解密后的数据：密码交换算法===========反向进行操作，乙方向甲方发送数据==============原文:乙方向甲方发送数据DH
===========使用乙方本地密钥对进行数据加密==============
加密后的数据：VGLdXmtGyBaE87NiSoHX+yvwyUkAx/qYKYWv+jEwkBY=
=============乙方将数据传送给甲方======================
===========使用甲方本地密钥对数据进行解密==============
甲方解密后的数据：乙方向甲方发送数据DH